CN110411946B - 一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法 - Google Patents

一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，包括以下步骤：步骤1，获取切片的导航预览图并进行识别获得扫描区域；步骤2，分割扫描区域得到所有的扫描视野；步骤3，选取聚焦视野和粗聚焦视野；步骤4，对粗聚焦视野进行聚焦；步骤5，将粗聚焦视野的视野焦点扩展到聚焦视野中；步骤6，对聚焦视野进行细聚焦；步骤7，按照视野离聚焦视野的远近设置所有的视野聚焦值。该方法步进聚焦速度快，而且能够准确找到图像焦点，用于全自动数字病理扫描仪中，解决了现有相机图像聚焦技术中图像失焦的问题。

Description

一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法
技术领域
本发明涉及一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，属于图像处理技术领域。
背景技术
病理检查是用以检查机体器官、组织或者细胞中的病理改变的病理形态学方法。为探讨器官、组织或者细胞所发生的疾病过程，可通过数字病理切片扫描仪采用某种病理形态学检查的方法，检查他们所发生的病变，探讨病变产生的原因、发病机理、病变的发生发展过程，最后做出病理诊断、病理形态学的检查。
数字病理切片扫描仪将显微光学放大系统及计算机技术结合在一起，对传统病理的玻璃切片进行逐个视野扫描采集图像，并对每副图像进行拼接融合，形成高分辨率、全信息的数字化病理切片。显微光学放大系统按照切片的XY轴方向进行移动，并在Z轴方向进行图像聚焦。扫描软件控制X、Y、Z三轴的移动，利用Z轴的移动，找到图像的焦点，保证图像的清晰度。
一张传统的病理切片，整个病理组织中存在薄厚不一；因此在显微光学放大系统中具有不同的焦点。在寻找焦点的过程中，如果按照扫描仪Z轴的整个移动距离进行判断，需要判断的视野过多，速度过慢；如果按照一个选定的移动范围进行寻找，则存在丢失焦点的可能，造成图像的失焦。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，其能够保证准确找到图像焦点。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，包括以下步骤：
步骤1，获取切片的导航预览图并进行识别获得扫描区域；
步骤2，分割扫描区域得到所有的扫描视野；
步骤3，选取聚焦视野和粗聚焦视野；
步骤4，对粗聚焦视野进行聚焦；
步骤5，将粗聚焦视野的视野焦点扩展到聚焦视野中；
步骤6，对聚焦视野进行细聚焦；
步骤7，按照视野离聚焦视野的远近设置所有的视野聚焦值。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤1包括以下步骤：
将物理切片放入数字切片扫描仪,利用扫描仪的预览相机对物理切片进行拍照，获得切片的整体概貌图；
对切片的整体概貌图进行灰度处理，利用大律法获得整体概貌图的二值化阈值；
根据阈值进行整体概貌图的二值化处理，得到切片整体概貌二值图；
对切片整体概貌二值图重置大小，按照一个像素点对应扫描仪的步进进行计算，得到切片的导航预览图；
对导航预览图进行识别获得扫描区域。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，扫描视野平行分布在行和列中，相邻的行和列之间存在重合区域。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述选取聚焦视野的过程包括以下步骤：
步骤31，设定聚焦视野图片的间隔值m；
步骤32，从扫描视野第一列开始，选定m/2列为聚焦视野的第一列，聚焦视野的后面各列与前面的聚焦视野列间隔为m；
步骤33，如果聚焦视野的最后列与扫描视野的最后列大于m/2且小于m,则扫描视野最后列加m/2列纳入聚焦视野列；
步骤34，遍历每个聚焦视野列，选定m/2行的视野为聚焦视野，在每个聚焦视野列中，每个聚焦点之间间隔为m；
步骤35，如果聚焦视野列选定的最后一个聚焦视野与聚焦视野列的最后一个扫描视野的间隔大于m/2小于m,则聚焦视野列的最后一个扫描视野设置为聚焦视野；
步骤36，所有的聚焦视野被顺序存放到一个数组A中。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述选取粗聚焦视野的过程为：设定粗聚焦视野的间隔n；选择数组中的i*n的位置的点，存放到数组B中。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤4包括以下步骤：
步骤41，聚焦数组B中的第一个点：设置一个较大的步进q，从最低值low开始，每次Z轴移动q步进，计算每个平面的清晰度，直达Z轴的最高值high，找到该粗聚焦视野的粗焦点x1；
步骤42，对数组B中的第一个点进行再次聚焦:设置聚焦范围r为rl＝x1-q到rh＝x1+q，每次Z轴移动p步进(p的范围为[1,3])，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到最终的焦点f1；
步骤43，对数组B中的剩余粗聚焦视野进行聚焦：设置聚焦范围r为f1-5*q到f1+5*q；按照步进q移动，找到剩余粗聚焦视野的粗焦点x1，然后以聚焦范围r为rl＝x1-q到rh＝x1+q、每次Z轴移动p步进执行步骤S42，得到数组B中每个粗聚焦视野的焦点。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤5中，将数组B中的视野焦点扩展到数组A中的过程为：遍历数组A中的聚焦视野，判断当前聚焦视野与数组B中粗聚焦视野的距离，选择离数组B中粗聚焦视野距离最近的视野的焦点，作为数组A中当前视野的焦点x。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤6包括以下步骤：
选中数组A当中的一个聚焦视野，其焦点为x2，设置Z轴的范围r为rl＝x2-q到rh＝x2+q；
每次Z轴移动p步进(p的范围为[1,3])，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到视野的焦点f2。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例的技术方案的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，包括以下步骤：步骤1，获取切片的导航预览图并进行识别获得扫描区域；步骤2，分割扫描区域得到所有的扫描视野；步骤3，选取聚焦视野和粗聚焦视野；步骤4，对粗聚焦视野进行聚焦；步骤5，将粗聚焦视野的视野焦点扩展到聚焦视野中；步骤6，对聚焦视野进行细聚焦；步骤7，按照视野离聚焦视野的远近设置所有的视野聚焦值。该方法步进聚焦速度快，而且能够准确找到图像焦点，用于全自动数字病理扫描仪中，解决了现有相机图像聚焦技术中图像失焦的问题。
附图说明：
图1是根据一示例性实施例示出的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种切片的导航预览图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种识别后的扫描区域图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种扫描视野图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种所有聚焦视野图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种粗聚焦视野图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法的流程图。如图1所述，本发明实施例提供的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，包括以下步骤：
步骤1，获取切片的导航预览图并进行识别获得扫描区域；
步骤2，分割扫描区域得到所有的扫描视野；
步骤3，选取聚焦视野和粗聚焦视野；
步骤4，对粗聚焦视野进行聚焦；
步骤5，将粗聚焦视野的视野焦点扩展到聚焦视野中；
步骤6，对聚焦视野进行细聚焦；
步骤7，按照视野离聚焦视野的远近设置所有的视野聚焦值。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤1包括以下步骤：
将物理切片放入数字切片扫描仪,利用扫描仪的预览相机对物理切片进行拍照，获得切片的整体概貌图；
对切片的整体概貌图进行灰度处理，利用大律法获得整体概貌图的二值化阈值；
根据阈值进行整体概貌图的二值化处理，得到切片整体概貌二值图；
对切片整体概貌二值图重置大小，按照一个像素点对应扫描仪的步进进行计算，得到切片的导航预览图；
对导航预览图进行识别获得扫描区域。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤2中，扫描视野平行分布在行和列中，相邻的行和列之间存在重合区域。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述选取聚焦视野的过程包括以下步骤：
步骤31，设定聚焦视野图片的间隔值m；
步骤32，从扫描视野第一列开始，选定m/2列为聚焦视野的第一列，聚焦视野的后面各列与前面的聚焦视野列间隔为m；
步骤33，如果聚焦视野的最后列与扫描视野的最后列大于m/2且小于m,则扫描视野最后列加m/2列纳入聚焦视野列；
步骤34，遍历每个聚焦视野列，选定m/2行的视野为聚焦视野，在每个聚焦视野列中，每个聚焦点之间间隔为m；
步骤35，如果聚焦视野列选定的最后一个聚焦视野与聚焦视野列的最后一个扫描视野的间隔大于m/2小于m,则聚焦视野列的最后一个扫描视野设置为聚焦视野；
步骤36，所有的聚焦视野被顺序存放到一个数组A中。m为正整数，m/2取整数。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述选取粗聚焦视野的过程为：设定粗聚焦视野的间隔n；选择数组中的i*n的位置的点，存放到数组B中。i和n均为正整数。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤4包括以下步骤：
步骤41，聚焦数组B中的第一个点：设置一个较大的步进q，从最低值low开始，每次Z轴移动q步进，计算每个平面的清晰度，直达Z轴的最高值high，找到该粗聚焦视野的粗焦点x1(x1为粗焦点在Z轴的坐标值)；
步骤42，对数组B中的第一个点进行再次聚焦:设置聚焦范围r为rl＝x1-q到rh＝x1+q，每次Z轴移动p步进(p的范围为[1,3])，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到最终的焦点f1(f1为粗焦点在Z轴的坐标值)；rl和rh为聚焦范围在Z轴移动范围的最低值low和最高值high。
步骤43，对数组B中的剩余粗聚焦视野进行聚焦：设置聚焦范围r为f1-5*q到f1+5*q；按照步进q移动，找到剩余粗聚焦视野的粗焦点x1，然后以聚焦范围r为rl＝x1-q到rh＝x1+q、每次Z轴移动p步进执行步骤S42，得到数组B中每个粗聚焦视野的焦点。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤5中，将数组B中的视野焦点扩展到数组A中的过程为：遍历数组A中的聚焦视野，判断当前聚焦视野与数组B中粗聚焦视野的距离，选择离数组B中粗聚焦视野距离最近的视野的焦点，作为数组A中当前视野的焦点x。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤6包括以下步骤：
选中数组A当中的一个聚焦视野，其焦点为x2，设置Z轴的范围r为rl＝x2-q到rh＝x2+q；
每次Z轴移动p步进(p的范围为[1,3])，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到视野的焦点f2。
如图2至图6所示，利用本发明的方法对相机图像的进行聚焦过程为：
1.将切片放入数字病理切片扫描仪，得到导航预览图，如图1。
2.识别样本组织，得到扫描区域，如图2。
3.分割样本区域，得到按照行列排列的扫描视野，扫描视野画到扫描区域图3中，如图4。
4.设置聚焦视野间隔m＝9；先选定m/2＝4为第一列，然后按照扫描视野间隔选择13、22列为扫描视野列，22列与最后扫描视野列28列之间的间隔大于4小于9，则再选定22+4＝26列为聚焦视野最后列。
5.遍历聚焦视野列的每行选择最终的聚焦视野。以聚焦视野的第一列为例说明选取过程：选择第一列中的第4个视野为第一个聚焦视野，然后按照聚焦视野间隔选择4+9＝13个视野为聚焦视野，13+9＝22大于聚焦第一列的行数，13+4＝17小于第一列的行数，因此选择第17个视野为聚焦视野。按照此方法对聚焦视野的其余列进行处理，选择出所有的聚焦视野并存入数组A中。将把数组A中的视野画到扫描区域中，如图5。
6.设定粗聚焦间隔n＝4；从数组A中选择第4、8、12个聚焦视野为粗聚焦视野，存到数组B中。将数组B中的视野画到扫描区域中，如图6。
7.对数组中的B进行粗聚焦。(1)设定聚焦范围为2800-4000，粗聚焦步进为q＝50，对B中的第一个聚焦视野按照Z轴50的步进进行移动，得到粗聚焦点x＝3500；(2)设定聚焦范围为3450-3550，细聚焦步进p＝2，再次对第一个视野按照Z轴为2的步进进行移动，得到聚焦值f＝3514；(3)设定聚焦范围为3264-3764，对B中的第二个聚焦视野按照Z轴50的步进进行移动，得的第二个粗聚焦视野的聚焦值z＝3564；设定聚焦范围为3514-3614，步进p＝2，再对此视野进行聚焦，得到聚焦值f＝3524；(4)按照(3)中的方法继续处理B中的其余视野，得到所有粗聚焦点的聚焦值。
8.将数组A中的聚焦视野按照离数组B中视野的远近进行初始化。比如数组A中的第一个点，离数组B中的第一个点最近，因此数组A中第一个聚焦视野的初始值为3514。
9.对数组A中的视野进行聚焦。对数组A中的第一个聚焦视野进行聚焦，查找聚焦位置f。设定聚焦范围为3464-3564，步进p＝2，Z轴按照2的步进进行移动，得到这个视野准确聚焦值f＝3508。以此方法可以得到数组A中所有视野的准确聚焦值。
10.遍历所有扫描视野，按照离数组A中视野的远近进行聚焦值的设置。
11.经过以上过程整个扫描视野的聚焦值设置完成。经过测试，此方法可以保证所有视野的清晰度，实际效果符合预期。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，获取切片的导航预览图并进行识别获得扫描区域；
步骤2，分割扫描区域得到所有的扫描视野；
步骤3，选取聚焦视野和粗聚焦视野；
步骤4，对粗聚焦视野进行聚焦；
步骤5，将粗聚焦视野的视野焦点扩展到聚焦视野中；
步骤6，对聚焦视野进行细聚焦；
步骤7，按照视野离聚焦视野的远近设置所有的视野聚焦值；
所述选取聚焦视野的过程包括以下步骤：
步骤31，设定聚焦视野图片的间隔值m；
步骤32，从扫描视野第一列开始，选定m/2列为聚焦视野的第一列，聚焦视野的后面各列与前面的聚焦视野列间隔为m；
步骤33，如果聚焦视野的最后列与扫描视野的最后列大于m/2且小于m,则扫描视野最后列加m/2列纳入聚焦视野列；
步骤34，遍历每个聚焦视野列，选定m/2行的视野为聚焦视野，在每个聚焦视野列中，每个聚焦点之间间隔为m；
步骤35，如果聚焦视野列选定的最后一个聚焦视野与聚焦视野列的最后一个扫描视野的间隔大于m/2小于m,则聚焦视野列的最后一个扫描视野设置为聚焦视野；
步骤36， 所有的聚焦视野被顺序存放到一个数组A中；
所述选取粗聚焦视野的过程为：设定粗聚焦视野的间隔n；选择数组中的i*n的位置的点，存放到数组B中；
所述步骤4包括以下步骤：
步骤41，聚焦数组B中的第一个点：设置一个较大的步进q，从最低值low开始，每次Z轴移动q步进，计算每个平面的清晰度，直达Z轴的最高值high，找到该粗聚焦视野的粗焦点x1；
步骤42，对数组B中的第一个点进行再次聚焦: 设置聚焦范围r为rl=x1-q到rh=x1+q，每次Z轴移动p步进，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到最终的焦点f1；
步骤43，对数组B中的剩余粗聚焦视野进行聚焦：设置聚焦范围r为f1-5*q到f1+5*q；按照步进q移动，找到剩余粗聚焦视野的粗焦点x1，然后以聚焦范围r为rl=x1-q到rh=x1+q、每次Z轴移动p步进执行步骤S42，得到数组B中每个粗聚焦视野的焦点；
在步骤5中，将数组B中的视野焦点扩展到数组A中的过程为：遍历数组A中的聚焦视野，判断当前聚焦视野与数组B中粗聚焦视野的距离，选择离数组B中粗聚焦视野距离最近的视野的焦点，作为数组A中当前视野的焦点x。
2.根据权利要求1所述的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，其特征是，所述步骤1包括以下步骤：
将物理切片放入数字切片扫描仪,利用扫描仪的预览相机对物理切片进行拍照，获得切片的整体概貌图；
对切片的整体概貌图进行灰度处理，利用大律法获得整体概貌图的二值化阈值；
根据阈值进行整体概貌图的二值化处理，得到切片整体概貌二值图；
对切片整体概貌二值图重置大小，按照一个像素点对应扫描仪的步进进行计算，得到切片的导航预览图；
对导航预览图进行识别获得扫描区域。
3.根据权利要求2所述的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，其特征是，在步骤2中，扫描视野平行分布在行和列中，相邻的行和列之间存在重合区域。
4.根据权利要求1所述的一种数字切片扫描仪中相机图像的聚焦方法，其特征是，所述步骤6包括以下步骤：
选中数组A当中的一个聚焦视野，其焦点为x2，设置Z轴的范围r为rl=x2-q到rh=x2+q；
每次Z轴移动p步进，计算每次Z轴移动时的视野清晰度，得到视野的焦点f2。
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